Art-spezifische Verschiebungen der Bodenatmung und ihrer Temperaturempfindlichkeit nach Umwandlung natürlicher Wälder

Warum Veränderungen unter Wäldern wichtig sind

Wenn ein Wald gerodet oder neu bepflanzt wird, sind die fehlenden Bäume das Auffälligste. Weniger sichtbar sind die Veränderungen im dunklen Boden darunter, wo Wurzeln und Mikroben fortwährend Kohlendioxid ausatmen. Diese verborgene Aktivität, die Bodenatmung genannt wird, ist ein bedeutender Teil des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Zu wissen, wie sie reagiert, wenn natürliche Wälder in Ackerland, Grasland oder Plantagen umgewandelt werden, hilft einzuschätzen, wie Landnutzungsentscheidungen das Klima über Jahrzehnte beeinflussen.

Bodenatmung und woher der Kohlenstoff stammt

Der Boden gibt Kohlendioxid auf zwei Hauptwegen ab. Pflanzenwurzeln verwenden Energie und Sauerstoff und setzen dabei Kohlenstoff frei, während zahllose Mikroben abgestorbenes Pflanzenmaterial und organische Substanz zersetzen und ebenfalls Kohlendioxid produzieren. Die Studie sammelte Ergebnisse aus 452 gepaarten Messungen an 164 Feldstandorten weltweit, wobei jeweils natürliche Wälder mit nahegelegenem, umgewandeltem Land unter ähnlichem Klima verglichen wurden. So konnten die Autoren den wurzelbasierten Anteil der Bodenatmung vom mikrobiellen Anteil trennen und beobachten, wie sich beide verändern, wenn natürliche Wälder ersetzt werden.

Was passiert, wenn Wälder zu Feldern oder Grasland werden

Über alle Standorte lag die Gesamtbodenatmung nach der Umwandlung natürlicher Wälder um etwa 7 Prozent niedriger. Ein Großteil dieses Rückgangs ging auf das Konto der Wurzelaktivität, die um mehr als ein Viertel sank und damit den Verlust lebender Wurzeln bei der Baumrodung widerspiegelt. Die mikrobiellen Atmungsraten zeigten dagegen keinen einheitlichen globalen Wandel, obwohl sie in einigen Ackerflächen stark zurückgingen. Die Art der neuen Landnutzung spielte eine große Rolle. Die Umwandlung von Wäldern in Ackerland oder Grasland reduzierte die Bodenatmung am meisten, während Übergänge zu Sekundärwäldern oder Plantagen die Gesamtbodenatmung eher in der Nähe der intakten Wälder hielten.

Wie Wärme die Bodenatmung im Laufe der Zeit verändert

Bodenatmung beschleunigt sich mit steigender Temperatur, und Wissenschaftler beschreiben dies oft mit einem Wert, der angibt, wie stark die Atmung pro 10 Grad Celsius Erwärmung zunimmt. Die Studie fand, dass diese Temperaturempfindlichkeit insgesamt kaum verändert war, wenn man alle Umwandlungstypen zusammenfasste. Konversionen zu Ackerland und Grasland stachen jedoch deutlich hervor und zeigten eine höhere Temperaturempfindlichkeit, besonders für die mikrobielle Aktivität. In diesen Systemen sind die Kohlenstoffzufuhren aus Pflanzen reduziert und die verbleibende organische Substanz schwerer abbaubar, sodass Mikroben stärker auf Erwärmung reagieren. Gleichzeitig führt die Rodung von Wäldern meist zu einer Erwärmung des Bodens, die den Kohlenstoffverlust durch reduzierte Wurzelaktivität teilweise ausgleicht.

Kurzfristige Schocks und langfristige Erholung

Die Veränderungen nach der Waldumwandlung waren nicht dauerhaft. Unmittelbar nach der Umwandlung sank die Bodenatmung um rund ein Zehntel, während ihre Temperaturempfindlichkeit anstieg, das heißt die Bodenatmung wurde reaktionsfreudiger gegenüber Erwärmung. Diese Veränderungen hielten etwa 30 Jahre an. Danach erholte sich die Bodenatmung langsam und war nach etwa 50 Jahren statistisch ähnlich wie die benachbarter Wälder, während die Temperaturempfindlichkeit etwa nach 40 Jahren wieder das frühere Niveau erreichte. Die Erholung wurde vor allem durch die Rückkehr von Wurzeln beim Wiederbewuchs angetrieben, während die mikrobielle Atmung offenbar von entgegengesetzten Einflüssen – dem Verlust an Boden-Kohlenstoff und der Erwärmung des Bodens – gesteuert wurde.

Bodenmerkmale, die die Reaktion prägen

Die Autoren nutzten statistische Modelle, um zu testen, welche Umweltfaktoren die beobachteten unterschiedlichen Reaktionen am besten erklärten. Der Verlust an organischem Bodenkohlenstoff und die Zunahme der Bodentemperatur waren die stärksten Treiber der Veränderungen der Gesamtbodenatmung. Die Temperaturempfindlichkeit hing jedoch stärker von den Ausgangseigenschaften des Bodens ab. Böden mit weniger Tonanteil und höherem pH-Wert zeigten größere Zunahmen der Temperaturempfindlichkeit, wahrscheinlich weil ihre organische Substanz weniger physikalisch geschützt ist und ihre mikrobiellen Gemeinschaften stärker von Bakterien dominiert werden, die tendenziell stärker auf Erwärmung reagieren.

Was das für das Klima bedeutet

Die Studie zeigt, dass die Umwandlung natürlicher Wälder in andere Landnutzungen komplexe, aber vorhersagbare Auswirkungen darauf hat, wie Böden Kohlenstoff speichern und freisetzen. In den ersten Jahrzehnten nach der Umwandlung atmen Böden meist insgesamt weniger, werden jedoch besonders in Acker- und Graslandsystemen empfindlicher gegenüber Temperaturerhöhungen. Im Laufe der Zeit nähern sich Bodenatmung und ihre Empfindlichkeit gegenüber Erwärmung wieder waldähnlichen Werten an, insbesondere wenn die Vegetation zurückkehrt. Da diese Muster von der Art der Landnutzung und den lokalen Bodeneigenschaften abhängen, plädieren die Autoren dafür, dass Klimamodelle Bodenatmung und deren Temperaturreaktion als flexible, komponentenspezifische Größen statt als feste Werte behandeln sollten. Das liefert ein klareres Bild davon, wie heutige Landnutzungsentscheidungen den Kohlenstoffkreislauf und das Klima in der Zukunft beeinflussen.

Zitation: Fan, R., Li, X., Fang, C. et al. Component-specific shifts in soil respiration and its temperature sensitivity following natural forest conversion. Commun Earth Environ 7, 459 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03449-4

Schlüsselwörter: Bodenatmung, Waldumwandlung, Landnutzungsänderung, Boden-Kohlenstoff, Temperaturempfindlichkeit